CN113348501A - 显示装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种低功耗的显示装置。该显示装置包括使从栅极驱动器输出的信号电压升压的电路。由于可以使栅极驱动器的信号电压升压并将其供应给像素，所以适合于阈值电压高的显示器件的驱动。此外，通过利用升压功能，可以减少栅极驱动器的输出而抑制功耗。另外，通过与具有图像数据的升压功能的像素组合，可以实现功耗更低的显示装置。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及一种显示装置。
注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的一个方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。由此，更具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子可以举出半导体装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、照明装置、蓄电装置、存储装置、摄像装置、这些装置的工作方法或者这些装置的制造方法。
注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。晶体管和半导体电路为半导体装置的一个方式。另外，存储装置、显示装置、摄像装置、电子设备有时包括半导体装置。
背景技术
显示装置的像素工作需要具有适当的振幅的信号电压，有时以较高的电压使像素的晶体管工作。例如，专利文献1公开了使栅极驱动器的输出电压升压的技术。
利用形成在衬底上的金属氧化物构成晶体管的技术受到关注。例如，专利文献2及专利文献3公开了一种将使用氧化锌、In-Ga-Zn类氧化物的晶体管用于显示装置的像素的开关元件等的技术。
另外，专利文献4公开了一种具有将关态电流极低的晶体管用于存储单元的结构的存储装置。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第平5-281517号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2007-123861号公报
[专利文献3]日本专利申请公开第2007-96055号公报
[专利文献4]日本专利申请公开第2011-119674号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
显示装置用于各种电子设备。为了实现电子设备的低功耗化，显示装置的低电压工作为方法之一。
另一方面，有时根据设置在像素中的显示器件(也称为显示元件)的种类或驱动方法需要高电压。在图像数据的电压较高时，需要向控制该图像数据的写入的晶体管的栅极供应较高的信号电压。在这种情况下低功耗也被期待。
此外，即使在像素中写入时的图像数据为较低的电压也需要适当地使显示器件工作。
因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种低功耗的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够将栅极驱动器的输出电压以上的电压供应给像素的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种使用低成本的驱动器工作的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够提高显示图像的亮度的显示装置。
另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的显示装置等。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种上述显示装置的工作方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置等。
注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。注意，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载得知并抽出上述以外的目的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式涉及一种低功耗的显示装置。
本发明的一个方式是一种显示装置，包括：移位寄存器；升压电路；以及像素，其中，移位寄存器包括第一输出端子、第二输出端子、第三输出端子，升压电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电容器，像素包括第五晶体管，第一晶体管的源极和漏极中的一个与第一电容器的一个电极电连接，第一电容器的一个电极与第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第三晶体管的源极和漏极中的一个与第五晶体管的栅极电连接，第一电容器的另一个电极与第二晶体管的源极和漏极中的一个以及所述第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第一晶体管的栅极以及所述第四晶体管的栅极与第一输出端子电连接，第二晶体管的栅极与第二输出端子电连接，并且，第三晶体管的栅极与第三输出端子电连接。
移位寄存器可以按照第一输出端子、第二输出端子、第三输出端子的顺序依次输出信号电压。
升压电路还可以包括第六晶体管以及第二电容器，第六晶体管的源极和漏极中的一个可以与第一输出端子电连接，第六晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第二电容器的一个电极以及第一晶体管的栅极电连接，并且第二电容器的另一个电极可以与第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
升压电路还可以包括第七晶体管、第八晶体管、第三电容器，第七晶体管的栅极可以与第三输出端子电连接，第七晶体管的源极和漏极中的一个可以与第三电容器的一个电极以及第八晶体管的源极和漏极中的一个电连接，并且第八晶体管的栅极可以与第一输出端子电连接。
第三晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第四晶体管的源极和漏极中的另一个电连接。
像素可以包括显示元件，并且像素可以具有根据第一数据及第二数据生成第三数据的功能以及根据第三数据由显示元件显示的功能。作为显示元件可以使用液晶器件。
优选的是，升压电路以及像素所包括的晶体管在沟道形成区域包含金属氧化物，金属氧化物包含In、Zn、M(M为Al、Ti、Ga、Ge、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
发明效果
通过使用本发明的一个方式可以提供一种低功耗的显示装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种能够将栅极驱动器的输出电压以上的电压供应给像素的显示装置。此外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种使用低成本的驱动器工作的显示装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种能够提高显示图像的亮度的显示装置。
另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的显示装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种新颖的显示装置等。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种上述显示装置的工作方法。另外，本发明的一个方式的目的是提供一种新颖的半导体装置等。
附图说明
图1是说明显示装置的图。
图2A是说明升压电路的图。图2B是说明升压电路的工作的时序图。
图3A、图3B是说明升压电路的图。
图4是说明升压电路的图。
图5是说明升压电路的工作的时序图。
图6A是说明升压电路的图。图6B是说明升压电路的工作的时序图。
图7是说明升压电路的图。
图8A至图8C是说明升压电路的其他方式及升压电路的其他连接方式的图。
图9A、图9B是说明像素电路的图。
图10A至图10D是说明包括显示器件的电路的图。
图11A至图11D是说明包括显示器件的电路的图。
图12是说明晶体管的其他方式的图。
图13是说明用于模拟的电路的图。
图14是说明模拟结果的图。
图15A至图15C是说明显示装置的图。
图16A、图16B是说明触摸面板的图。
图17A、图17B是说明显示装置的图。
图18是说明显示装置的图。
图19A、图19B是说明显示装置的图。
图20A、图20B是说明显示装置的图。
图21A至图21E是说明显示装置的图。
图22A1至图22C2是说明晶体管的图。
图23A1至图23C2是说明晶体管的图。
图24A1至图24C2是说明晶体管的图。
图25A1至图25C2是说明晶体管的图。
图26A至图26F是说明电子设备的图。
具体实施方式
使用附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于下面说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在下面所说明的发明的结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。注意，有时在不同的附图中适当地省略或改变相同构成要素的阴影。
另外，即使在电路图上为一个要素，如果在功能上没有问题，该要素也可以使用多个要素构成。例如，有时被用作开关的多个晶体管可以串联或并联连接。此外，有时对电容器进行分割并将其配置在多个位置上。
此外，有时一个导电体具有布线、电极及端子等多个功能，在本说明书中，有时对同一要素使用多个名称。另外，即使在电路图上示出要素之间直接连接的情况，有时实际上该要素之间通过一个或多个导电体连接，本说明书中这种结构也包括在直接连接的范畴内。
(实施方式1)
在本实施方式中，参照附图说明本发明的一个方式的显示装置。
本发明的一个方式是包括使栅极驱动器所输出的信号电压升压的电路的显示装置。由于可以使栅极驱动器的信号电压升压并将其供应给像素，所以适合于阈值电压较高的显示器件的驱动。此外，通过利用升压功能，可以减少栅极驱动器的输出抑制功耗。
此外，通过组合使栅极驱动器所输出的信号电压升压的电路与具有图像数据的升压功能的像素组合，可以实现低功耗的显示装置。该结构即使像素电路的工作需要高电压也可以作为源极驱动器、栅极驱动器均使用通用驱动器，因此可以实现低成本的显示装置。
＜显示装置＞
图1是说明本发明的一个方式的显示装置的图。显示装置包括多个像素10、电路13、源极驱动器11、栅极驱动器12。源极驱动器11与像素10电连接。栅极驱动器12与电路13电连接。电路13与像素10电连接。
像素10包括晶体管101及电路21。电路21包括显示器件。此外，电路21根据需要也可以包括晶体管、电容元件等。晶体管101的栅极与布线125电连接。将连接晶体管101与电路21的布线称为节点NM。注意，像素10也可以采用其他结构。此外，设置多个像素10构成像素阵列18。
电路13例如可以按每个行设置且可以与设置在同一行的像素10电连接。图1示出在第n行及其前后的行中配置于第m列的像素10(像素10[n-1，m]、像素10[n，m]像素10[n+1，m](m、n为1个以上的自然数))以及按每个行配置的电路13(电路13[n-1]、电路13[n]、电路13[n+1])。
电路13为升压电路，并具有使从栅极驱动器12供应的用于像素驱动的信号电压升压的功能。电路13通过布线125与像素10电连接。
在源极驱动器11及栅极驱动器12中可以使用移位寄存器等的时序电路。注意，也可以设置两个以上的源极驱动器11和栅极驱动器12中的一方或双方驱动像素10。源极驱动器11通过布线127与像素10电连接。
栅极驱动器12的输出端子25a与布线124[n-1]连接，输出端子25b与布线124[n]连接，输出端子25c与布线124[n+1]连接。栅极驱动器12包括输出端子25a、输出端子25b及输出端子25c，可以按照输出端子25a、输出端子25b、输出端子25c的顺序依次输出信号电压。注意，输出端子25a、输出端子25b、输出端子25c为不重叠输出信号电压的时序的输出端子即可。例如，除了依次输出信号电压的三个输出端子以外每隔一个输出端子或每隔两个输出端子等还可以输出信号电压。
电路13[n]除了布线124[n]以外还电连接于布线124[n-1]及布线124[n+1]。电路13[n-1]及电路13[n+1]也同样地电连接于栅极驱动器12输出信号电压的三个输出端子。注意，电路13也可以采用电连接于栅极驱动器12所包括的四个以上的输出端子的结构。
＜升压电路＞
图2A示出电路13的结构的一个例子。电路13可以包括晶体管102、晶体管103、晶体管104、晶体管105、电容器106。图2示出与第n行的像素10电连接的电路13[n]。
晶体管102的源极和漏极中的一个与电容器106的一个电极电连接。电容器106的一个电极与晶体管104的源极和漏极中的一个电连接。电容器106的另一个电极与晶体管103的源极和漏极中的一个及晶体管105的源极和漏极中的一个电连接。
晶体管102的栅极与布线124[n-1]电连接。晶体管103的栅极与布线124[n]电连接。晶体管104的栅极与布线124[n+1]电连接。晶体管105的栅极与布线124[n-1]电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一个与布线121电连接。晶体管103的源极和漏极中的另一个与布线121电连接。晶体管104的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。晶体管105的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。
布线121、122可以被用作电源线。例如，布线121及布线122可以分别被用作高电位电源线及低电位电源线。
这里，将使晶体管102的源极和漏极中的一个、电容器106的一个电极及晶体管104的源极和漏极中的一个连接的布线设为节点A。此外，将使电容器106的另一个电极、晶体管103的源极和漏极中的一个及晶体管105的源极和漏极中的一个连接的布线设为节点B。节点A被用作输出端子，并与布线125[n]电连接。此外，与布线124[n-1]连接的晶体管102的栅极及晶体管105的栅极被用作第一输入端子。与布线124[n]连接的晶体管103的栅极被用作第二输入端子。与布线124[n+1]连接的晶体管104的栅极被用作第三输入端子。
＜升压工作的说明＞
在电路13中，首先，第一输入端子(晶体管102的栅极及晶体管105的栅极)被输入“V1”(高电位)，将节点A的电位设定为”V1”，将节点B的电位设定为”V0”(低电位)。此时，电容器106保持“V1-V0”。
接着，第一输入端子被输入“V0”，第二输入端子(晶体管103的栅极)被输入“V1”，使节点A浮动且节点B被输入”V1”。
此时，在将电容器106的电容值设定为C106且将节点A的电容值设定为CA时，节点A的电位为“V1+(C106/(C106+CA))×(V1-V0)”。在此，在C106的值与CA的值相比充分大时，C106/(C106+CA)近于1，节点A的电位成为“2V1-V0”。
此时，在“V0”＝0时，节点A的电位与“2V1”近似。因此，电路13可以说是能够输出被输入的电位的约2倍的电位。
以上，电路13可以输出升压了的电位且使像素的晶体管开关。此外，电路13在下一个时序输出使像素的晶体管关闭的电位。该电位可以通过第三输入端子(晶体管104的栅极)被输入“V1”经过晶体管104从布线122供应给节点A。
注意，由于节点A或节点B的“V1”的输入通过晶体管，所以实际上成为比输入到栅极的电位低晶体管的阈值电压(Vth)的电位。在本实施方式中，为了简化说明，Vth的绝对值假设为充分小的值(大致0V)，省略其说明。
节点A及节点B被用作保持节点。通过使连接于各节点的晶体管导通，可以将数据写入到各节点。此外，通过使该晶体管非导通，可以将该数据保持在各节点中。通过作为该晶体管使用关态电流极低的晶体管可以抑制泄漏电流，由此能够长时间保持各节点的电位。该晶体管例如可以使用在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管(以下，OS晶体管)。
具体而言，优选作为电路13所包括的晶体管中的任意或所有晶体管使用OS晶体管。此外，可以将OS晶体管用于电路21所包括的要素。另外，当在泄漏电流量为可允许范围内进行工作时，可以使用沟道形成区域中包含Si的晶体管(以下，Si晶体管)。此外，可以组合使用OS晶体管及Si晶体管。注意，作为上述Si晶体管，可以举出含有非晶硅的晶体管、含有结晶硅(微晶硅、低温多晶硅、单晶硅)的晶体管等。关于晶体管的上述结构可以应用于本实施方式所示的其他电路。
作为用于OS晶体管的半导体材料，可以使用能隙为2eV以上，优选为2.5eV以上，更优选为3eV以上的金属氧化物。典型的有含有铟的氧化物半导体等，例如，可以使用后面提到的CAAC-OS或CAC-OS等。CAAC-OS中构成晶体的原子稳定，适用于重视可靠性的晶体管等。CAC-OS呈现高迁移率特性，适用于进行高速驱动的晶体管等。
由于OS晶体管的半导体层具有大能隙，所以可以呈现极低的关态电流特性，仅为几yA/μm(每沟道宽度1μm的电流值)。与Si晶体管不同，OS晶体管不会发生碰撞电离、雪崩击穿、短沟道效应等，因此能够形成高可靠性的电路。此外，Si晶体管所引起的起因于结晶性的不均匀的电特性偏差不容易产生在OS晶体管中。
作为OS晶体管中的半导体层，例如可以采用包含铟、锌及M(铝、钛、镓、锗、钇、锆、镧、铈、锡、钕或铪等金属)的以“In-M-Zn类氧化物”表示的膜。此外，作为OS晶体管中的半导体层，除了上述In-M-Zn氧化物之外还可以使用In氧化物、In-Ga氧化物、In-Zn氧化物。注意，通过使用铟比率高的组成的半导体层，可以提高OS晶体管的通态电流(on-statecurrent)或场效应迁移率等。In-M-Zn类氧化物例如可以利用溅射法、ALD(Atomic layerdeposition)法或MOCVD(Metal organic chemical vapor deposition)法等形成。
当利用溅射法形成In-M-Zn氧化物膜时，优选用来形成In-M-Zn氧化物膜的溅射靶材的金属元素的原子个数比满足In≥M及Zn≥M。这种溅射靶材的金属元素的原子个数比优选为In:M:Zn＝1:1:1、In:M:Zn＝1:1:1.2、In:M:Zn＝3:1:2、In:M:Zn＝4:2:3、In:M:Zn＝4:2:4.1、In:M:Zn＝5:1:3、In:M:Zn＝5:1:6、In:M:Zn＝5:1:7、In:M:Zn＝5:1:8、In:M:Zn＝10:1:3等。此外，当构成半导体层的氧化物半导体为In-Zn氧化物时，优选用来形成In-Zn氧化物膜的溅射靶材的金属元素的原子个数比满足In≥Zn。这种溅射靶材的金属元素的原子个数比优选为In:M:Zn＝1:1、In:Zn＝2:1、In:Zn＝5:3、In:Zn＝10:1、In:Zn＝10:3等。
作为半导体层，可以使用载流子浓度低的氧化物半导体。例如，作为半导体层可以使用载流子浓度为1×1017/cm3以下，优选为1×1015/cm3以下，更优选为1×1013/cm3以下，进一步优选为1×1011/cm3以下，更进一步优选为小于1×1010/cm3，1×10-9/cm3以上的氧化物半导体。将这样的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。该氧化物半导体的缺陷能级密度低，因此可以说是具有稳定的特性的氧化物半导体。
注意，本发明不局限于上述记载，可以根据所需的晶体管的半导体特性及电特性(场效应迁移率、阈值电压等)来使用具有适当的组成的材料。另外，优选适当地设定半导体层的载流子浓度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素与氧的原子个数比、原子间距离、密度等，以得到所需的晶体管的半导体特性。
当构成半导体层的氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，氧缺陷增加，会使该半导体层变为n型。因此，将半导体层中的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
另外，有时当碱金属及碱土金属与氧化物半导体键合时生成载流子，而使晶体管的关态电流增大。因此，将半导体层的碱金属或碱土金属的浓度(通过二次离子质谱分析法测得的浓度)设定为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
另外，当构成半导体层的氧化物半导体含有氮时生成作为载流子的电子，载流子浓度增加而容易n型化。其结果是，具有含有氮的氧化物半导体的晶体管容易变为常开特性。因此，半导体层的氮浓度(利用二次离子质谱分析法测得的浓度)优选为5×1018atoms/cm3以下。
另外，当构成半导体层的氧化物半导体包含氢时，氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时在氧化物半导体中形成氧空位。在氧化物半导体中的沟道形成区域包含氧空位的情况下，晶体管趋于具有常开启特性。再者，有时氢进入氧空位中的缺陷被用作供体而生成作为载流子的电子。此外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，生成作为载流子的电子。因此，使用包含较多的氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。
氢进入氧空位中的缺陷会被用作氧化物半导体的供体。然而，难以对该缺陷定量地进行评价。因此，在氧化物半导体中，有时不是根据供体浓度而是根据载流子浓度进行评价。由此，在本说明书等中，有时作为氧化物半导体的参数，不采用供体浓度而采用假定为不被施加电场的状态的载流子浓度。就是说，有时也可以将本说明书等所记载的“载流子浓度”称为“供体浓度”。
由此，优选尽可能减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，利用二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)测得的氢浓度低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。通过将氢等杂质被充分减少的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。
氧化物半导体(金属氧化物)被分为单晶氧化物半导体和非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体例如有CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline OxideSemiconductor)、多晶氧化物半导体、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。在非单晶结构中，非晶结构的缺陷态密度最高，而CAAC-OS的缺陷态密度最低。
非晶结构的氧化物半导体膜例如具有无秩序的原子排列且不具有结晶成分。或者，非晶结构的氧化物膜例如是完全的非晶结构且不具有结晶部。
此外，半导体层也可以为具有非晶结构的区域、微晶结构的区域、多晶结构的区域、CAAC-OS的区域和单晶结构的区域中的两种以上的混合膜。混合膜有时例如具有包括上述区域中的两种以上的区域的单层结构或叠层结构。
以下对非单晶半导体层的一个方式的CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS的构成进行说明。
CAC-OS例如是指包含在氧化物半导体中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在氧化物半导体中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域以0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸混合的状态称为马赛克(mosaic)状或补丁(patch)状。
氧化物半导体优选至少包含铟。尤其是，优选包含铟及锌。除此之外，也可以还包含选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种。
例如，In-Ga-Zn氧化物中的CAC-OS(在CAC-OS中，尤其可以将In-Ga-Zn氧化物称为CAC-IGZO)是指材料分成铟氧化物(以下，称为InOX1(X1为大于0的实数))或铟锌氧化物(以下，称为InX2ZnY2OZ2(X2、Y2及Z2为大于0的实数))以及镓氧化物(以下，称为GaOX3(X3为大于0的实数))或镓锌氧化物(以下，称为GaX4ZnY4OZ4(X4、Y4及Z4为大于0的实数))等而成为马赛克状，且马赛克状的InOX1或InX2ZnY2OZ2均匀地分布在膜中的构成(以下，也称为云状)。
换言之，CAC-OS是具有以GaOX3为主要成分的区域和以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域混在一起的构成的复合氧化物半导体。在本说明书中，例如，当第一区域的In与元素M的原子个数比大于第二区域的In与元素M的原子个数比时，第一区域的In浓度高于第二区域。
注意，IGZO是通称，有时是指包含In、Ga、Zn及O的化合物。作为典型例子，可以举出以InGaO3(ZnO)m1(m1为自然数)或In(1+x0)Ga(1-x0)O3(ZnO)m0(-1≤x0≤1，m0为任意数)表示的结晶性化合物。
上述结晶性化合物具有单晶结构、多晶结构或CAAC结构。CAAC结构是多个IGZO的纳米晶具有c轴取向性且在a-b面上以不取向的方式连接的结晶结构。
另一方面，CAC-OS与氧化物半导体的材料构成有关。CAC-OS是指如下构成：在包含In、Ga、Zn及O的材料构成中，一部分中观察到以Ga为主要成分的纳米粒子状区域以及一部分中观察到以In为主要成分的纳米粒子状区域分别以马赛克状无规律地分散。因此，在CAC-OS中，结晶结构是次要因素。
CAC-OS不包含组成不同的两种以上的膜的叠层结构。例如，不包含由以In为主要成分的膜与以Ga为主要成分的膜的两层构成的结构。
注意，有时观察不到以GaOX3为主要成分的区域与以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域之间的明确的边界。
在CAC-OS中包含选自铝、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种以代替镓的情况下，CAC-OS是指如下构成：一部分中观察到以该金属元素为主要成分的纳米粒子状区域以及一部分中观察到以In为主要成分的纳米粒子状区域以马赛克状无规律地分散。
CAC-OS例如可以通过在对衬底不进行意图性的加热的条件下利用溅射法来形成。在利用溅射法形成CAC-OS的情况下，作为成膜气体，可以使用选自惰性气体(典型的是氩)、氧气体和氮气体中的一种或多种。另外，成膜时的成膜气体的总流量中的氧气体的流量比越低越好，例如，将氧气体的流量比设定为0％以上且低于30％，优选为0％以上且10％以下。
CAC-OS具有如下特征：通过根据X射线衍射(XRD：X-ray diffraction)测定法之一的out-of-plane法利用θ/2θ扫描进行测定时，观察不到明确的峰值。也就是说，根据X射线衍射，可知在测定区域中没有a-b面方向及c轴方向上的取向。
另外，在通过照射束径为1nm的电子束(也称为纳米束)而取得的CAC-OS的电子衍射图案中，观察到环状的亮度高的区域(环状区域)以及在该环状区域内的多个亮点。由此，根据电子衍射图案，可知CAC-OS的结晶结构具有在平面方向及截面方向上没有取向的nc(nano-crystal)结构。
另外，例如在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析图像(EDX-mapping)，可确认到：具有以GaOX3为主要成分的区域及以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域不均匀地分布而混合的构成。
CAC-OS的结构与金属元素均匀地分布的IGZO化合物不同，具有与IGZO化合物不同的性质。换言之，CAC-OS具有以GaOX3等为主要成分的区域及以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域互相分离且以各元素为主要成分的区域为马赛克状的构成。
在此，以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域的导电性高于以GaOX3等为主要成分的区域。换言之，当载流子流过以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域时，呈现氧化物半导体的导电性。因此，当以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域在氧化物半导体中以云状分布时，可以实现高场效应迁移率(μ)。
另一方面，以GaOX3等为主要成分的区域的绝缘性高于以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域。换言之，当以GaOX3等为主要成分的区域在氧化物半导体中分布时，可以抑制泄漏电流而实现良好的开关工作。
因此，当将CAC-OS用于半导体元件时，通过起因于GaOX3等的绝缘性及起因于InX2ZnY2OZ2或InOX1的导电性的互补作用可以实现高通态电流(Ion)及高场效应迁移率(μ)。
另外，使用CAC-OS的半导体元件具有高可靠性。因此，CAC-OS适用于各种半导体装置的构成材料。
＜升压电路的工作例子＞
参照图2B的时序图说明图2A所示的电路13的工作的一个例子。注意，在以下说明或时序图中，将低电位记为“L”，将低电位的2倍值记为“2L”，将低电位的3倍值记为“3L”，将高电位记为“H”，将高电位的2倍值记为“2H”，将高电位的3倍值记为“3H”。此外，采用布线121、布线122、布线124分别被供应“H”、“L”、“H”或“L”的条件。
注意，这里在电位的分布、耦合或损耗中不考虑因电路的结构、工作时机等引起的详细变化。此外，因电容器的电容耦合而产生的电位变化依赖于该电容器和与其连接的要素的电容比，但是为了便于说明，将该要素的电容值假设为充分小的值。
在时刻T1，在布线124[n-1]的电位成为“H”(布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管102导通，节点A的电位成为“H”。此外，晶体管105导通，节点B的电位成为“L”。
在时刻T2，在布线124[n-1]的电位成为“L”(布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管102非导通，节点A的电位保持“H”。此外，晶体管105非导通，节点B的电位保持“L”。
在时刻T3，在布线124[n]的电位成为“H”(布线124[n-1]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管103导通，节点B的电位从“L”改变为“H”。该变化量根据电容器106及节点A的电容比加上节点A的电位，节点A的电位成为“H+(H-L)”。就是说，“L”＝0时，节点A的电位成为“2H”。
在时刻T4，在布线124[n]的电位成为“L”(布线124[n-1]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管103非导通，节点A的电位保持“2H”。
在时刻T5，在布线124[n+1]的电位成为“H”(布线124[n-1]的电位及布线124[n]的电位为“L”)时，晶体管104导通，节点A的电位成为“L”。
在时刻T6，在布线124[n+1]的电位成为“L”(布线124[n-1]的电位及布线124[n]的电位为“L”)时，晶体管104非导通，节点A的电位保持“L”。
像素10的写入工作可以在节点A(布线125[n])被供应电位“2A”的期间(时刻T3以后且时刻T5之前)进行。此外，由于T5以后节点A的电位保持“L”，所以写入到像素10的图像信号可以直到下一个帧(下一个工作)为止保持。
＜升压电路的变形例子1＞
图3A示出电路13的变形例子。图3A所示的电路13与图2A所示的电路13的不同之处在于包括电路14以及晶体管102的源极和漏极中的另一个与布线123电连接。电路14具有提高电路13所输出的电压的功能。
电路14可以包括晶体管107及电容器108。晶体管107的源极和漏极中的一个与布线124[n-1]电连接。晶体管107的源极和漏极中的另一个与电容器108的一个电极及晶体管102的栅极电连接。电容器108的另一个电极与节点A电连接。在该结构中，晶体管107的源极和漏极中的一个为第一输入端子。
晶体管107的栅极与布线121电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一个与布线123电连接。在此，布线123为供应布线121的电位以上的电位的电源线。注意，晶体管102的源极和漏极中的另一个也可以与布线121电连接。
本发明的一个方式的电路13可以通过组装电路14赋予自举工作的效果。通过自举工作效应可以输出比被输入的信号电压高的信号电压。
自举工作如下。首先，节点C(使晶体管107的源极和漏极中的另一个、电容器108的一个电极、晶体管102的栅极及晶体管105的栅极连接的布线)通过晶体管107被输入电位“H”时，节点A的电位直到从“L”上升至“H”为止晶体管102中电流流过。此时，通过电容器108的电容耦合节点C的电位上升至“H”以上，因此晶体管102使电流还流过而可以使节点A的电位还上升。
注意，晶体管107的源极和漏极中的一个及栅极被供应电位“H”，晶体管107的源极和漏极中的另一个(节点C)的电位比“H”高，晶体管107中电流不流过。也就是说，晶体管107被用作二极管。包括电路14的结构可以应用于本实施方式所示的其他电路。
图3A所示的电路13可以根据图2B所示的时序图工作。注意，在时刻T1至T5如上所述可以使节点A的电位比图2B的电路13高。
＜升压电路的变形例子2＞
图3B示出电路13的其他变形例子。图3B所示的电路13与图2A所示的电路13的不同之处在于包括电路15。电路15控制向布线125的低电位的供应。
电路15可以包括晶体管109、晶体管110、电容器111。晶体管109的源极和漏极中的一个与布线121电连接。晶体管109的源极和漏极中的另一个与晶体管110的源极和漏极中的一个、电容器111的一个电极及晶体管104的栅极电连接。晶体管110的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。电容器111的另一个电极与布线122电连接。晶体管109的栅极与布线124[n+1]电连接。晶体管110的栅极与布线124[n-1]电连接。在该结构中，晶体管102、晶体管105及晶体管110的栅极为第一输入端子，晶体管109的栅极为第三输入端子。
在图2A所示的电路13中，在图2B所示的时序图的时刻T6晶体管104非导通，因此布线125成为浮动状态。此时，晶体管102的泄漏电流较高时，有时布线125的电位上升，由此像素10误工作。
电路15为保持节点D(使晶体管104的栅极、电容器111的一个电极、晶体管109的源极和漏极中的另一个及晶体管110的源极和漏极中的一个连接的布线)的电位的电路，可以使晶体管104保持导通状态或非导通状态。
电路15的工作如下。首先，在第一输入端子被输入信号电压“H”时，晶体管110导通，节点D被供应电位“L”。此时，晶体管104非导通。
接着，在第一输入端子被输入信号电压“L”时，晶体管110非导通，节点D被输入电位“L”。接着，在用输入到第二输入端子的信号电压进行升压工作的期间节点D也保持电位“L”。
接着，在第三输入端子被输入信号电压“H”时，晶体管109导通，节点D的电位成为“H”。此时，晶体管104导通，节点A的电位成为“L”。
然后，在第三输入端子被输入信号电压“L”时，晶体管109非导通，节点D的电位保持“H”。直到下一个帧为止保持该状态，在其间晶体管104处于导通状态，节点A一直被供应布线122的电位“L”。因此，节点A(布线125)可以保持恒定电位“L”。
注意，在作为晶体管102使用OS晶体管时，由于关态电流极小，所以布线125的电位上升微小。包括电路15的结构也可以应用于本实施方式所示的其他电路。
＜变形例子2的工作例子＞
图3B所示的电路13可以根据图2B所示的时序图工作。注意，即使晶体管102的泄漏电流较高，也可以在时刻T6之后使节点A的电位保持恒定。
＜升压电路的变形例子3＞
图4示出电路13的其他变形例子。注意，上述电路13包括三个输入端子，图4所示的电路13包括四个输入端子。在该结构中，可以与上述电路13相比提高升压功能。
图4所示的电路13对图2A所示的电路13加上晶体管112、晶体管113以及电容器114。
晶体管102的源极和漏极中的一个与电容器106的一个电极电连接。电容器106的一个电极与晶体管104的源极和漏极中的一个电连接。电容器106的另一个电极与晶体管105的源极和漏极中的一个、晶体管112的源极和漏极中的一个及电容器114的一个电极电连接。电容器114的另一个电极与晶体管103的源极和漏极中的一个及晶体管113的源极和漏极中的一个电连接。
晶体管102的栅极与布线124[n-2]电连接。晶体管112的栅极与布线124[n-1]电连接。晶体管113的栅极与布线124[n-1]电连接。晶体管103的栅极与布线124[n]电连接。晶体管104的栅极与布线124[n+1]电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一个与布线121电连接。晶体管103的源极和漏极中的另一个与布线121电连接。晶体管104的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。晶体管105的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。晶体管112的源极和漏极中的另一个与布线121电连接。晶体管113的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。
这里，将使电容器106的另一个电极、晶体管112的源极和漏极中的一个、电容器114的一个电极及晶体管105的源极和漏极中的一个连接的布线设为节点E。此外，将使电容器114的另一个电极、晶体管103的源极和漏极中的一个及晶体管113的源极和漏极中的一个连接的布线设为节点F。
在图4所示的电路13中，与布线124[n-2]连接的晶体管102的栅极及晶体管105的栅极被用作第一输入端子。与布线124[n-1]连接的晶体管112的栅极及晶体管113的栅极被用作第二输入端子。与布线124[n]连接的晶体管103的栅极被用作第三输入端子。与布线124[n+1]连接的晶体管104的栅极被用作第四输入端子。
＜变形例子3的工作例子＞
关于升压的基本工作与图2A所示的电路13相同。参照图5的时序图说明图4所示的电路13的工作的一个例子。注意，布线121被供应“H”，布线122被供应“L”，布线124被供应“H”或“L”。
在时刻T1，在布线124[n-2]的电位成为“H”(布线124[n-1]的电位、布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管102导通，节点A的电位成为“H”。此外，晶体管105导通，节点E的电位成为“L”。
在时刻T2，在布线124[n-2]的电位成为“L”(布线124[n-1]的电位、布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管102非导通，节点A的电位保持“H”。此外，晶体管105非导通，节点E的电位保持“L”。
在时刻T3，在布线124[n-1]的电位成为“H”(布线124[n-2]的电位、布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管112导通，节点E的电位从“L”改变为“H”。该变化量根据电容器106与节点A的电容比加上节点A的电位，节点A的电位成为“H+(H-L)”。就是说，“L”＝0时，节点A的电位成为“2H”。此外，晶体管113导通，节点F的电位成为“L”。
在时刻T4，在布线124[n-1]的电位成为“L”(布线124[n-2]的电位、布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管112非导通，节点E的电位保持“H”。此外，晶体管113非导通，节点F的电位保持“L”。
在时刻T5，在布线124[n]的电位成为“H”(布线124[n-2]的电位、布线124[n-1]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管103导通，节点F的电位从“L”改变为“H”。该变化量根据电容器114与节点E及节点A的电容比加上节点A的电位，节点A的电位成为“2H+(H-L)”。就是说，“L”＝0时，节点A的电位成为“3H”。
在时刻T6，在布线124[n]的电位成为“L”(布线124[n-2]的电位、布线124[n-1]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管103非导通，节点A的电位保持“3H”。
在时刻T7，在布线124[n+1]的电位成为“H”(布线124[n-2]的电位、布线124[n-1]的电位及布线124[n]的电位为“L”)时，晶体管104导通，节点A的电位成为“L”。
在时刻T8，在布线124[n+1]的电位成为“L”(布线124[n-2]的电位、布线124[n-1]的电位及布线124[n]的电位成为“L”)时，晶体管104非导通，节点A的电位保持“L”。
像素10的写入工作可以在节点A(布线125[n])被供应电位“3H”的期间(时刻T5以后且时刻T7之前)进行。此外，由于T7以后节点A的电位保持“L”，所以写入到像素10的图像信号可以直到下一个帧(下一个工作)为止保持。
如上所述，通过对图2A的电路13加上两个晶体管及一个电容器的结构，可以提高升压功能。通过还加上该结构，可以进一步提高升压功能。
＜升压电路的变形例子4＞
图6A示出电路13的其他变形例子。图6所示的电路13具有简化的结构，具有从图2A所示的电路13减去晶体管103及晶体管105的结构。在该结构中，电容器106的另一个电极与布线124[n]电连接。也就是说，电容器106的另一个电极被用作第二输入端子。
＜变形例子4的工作例子＞
关于升压的基本工作与图2A所示的电路13相同。由于省略晶体管103，所以升压工作依赖于第二输入端子被输入“H”的信号电压的期间。
参照图6B的时序图说明图6A所示的电路13的工作的一个例子。注意，在以下的说明或时序图中，将低电位记为“L”，将高电位记为“H”。此外，采用布线121、布线122、布线124分别被供应“H”、“L”、“H”或“L”的条件。
在时刻T1，布线124[n-1]的电位成为“H”(布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管102导通，节点A的电位成为“H”。此时，电容器106的另一个电极被供应电位“L”。
在时刻T2，布线124[n-1]的电位成为“L”(布线124[n]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，晶体管102非导通，节点A的电位保持“H”。此时，电容器106的另一个电极被供应电位“L”。
在时刻T3，布线124[n]的电位成为“H”(布线124[n-1]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，电容器106的另一个电极的电位从“L”改变为“H”。该变化量根据电容器106与节点A的电容比加上节点A的电位，节点A的电位成为“H+(H-L)”。就是说，“L”＝0时，节点A的电位成为“2H”。
在时刻T4，布线124[n]的电位成为“L”(布线124[n-1]的电位及布线124[n+1]的电位为“L”)时，电容器106的另一个电极的电位从“H”改变为“L”。该变化量根据电容器106与节点A的电容比加上节点A的电位，节点A的电位成为“2H+(L-H)”。就是说，在“L”＝0时，节点A的电位成为“H”。
在时刻T5，布线124[n+1]的电位成为“H”(布线124[n-1]的电位及布线124[n]的电位为“L”)时，晶体管104导通，节点A的电位成为“L”。
在时刻T6，布线124[n+1]的电位成为“L”(布线124[n-1]的电位及布线124[n]的电位为“L”)时，晶体管104非导通，节点A的电位保持“L”。
如上所述，在时刻T3以后节点A的电位成为“2H”，在时刻T4回到“H”。也就是说，与图2至图6说明的电路13相比能够保持高电位的期间更短。图6A所示的电路13优选用于即使进行这种工作也能够充分确保像素的写入时间的显示装置。
注意，同样的结构可以应用于上升更高的电压的电路13。图7示出对图4所示的电路13的结构还加上一个输入端子的结构，可以输出最大电位“4H”。图7与图4所示的电路13的不同之处在于电容器115与节点F电连接。电容器115可以与进行升压工作的最后一级的输入端子电连接。
＜升压电路的其他方式、升压电路的其他连接方式＞
图1至图7说明栅极驱动器12的输出端子与电路13连接的结构，如图8A所示，电路13也可以为栅极驱动器12的构成要素。在该结构中，在栅极驱动器12的内部进行升压。另外，栅极驱动器12所包括的移位寄存器等电路也可以与电路13层叠。通过层叠这些层，可以使显示装置窄边框化。
此外，如图8B所示，也可以在电路13中设置选择电路16。选择电路16可以将在电路13内升压的输出电位输出到选择的布线125。通过采用该结构，可以减少设置在显示装置中的电路13的个数，由此可以使显示装置窄边框化。注意，也可以在电路13的外侧设置选择电路16且电路13的输出端子与选择电路16电连接。
此外，如图8C所示，也可以在栅极驱动器12与电路13之间设置选择电路17。选择电路17可以选择将栅极驱动器12输出的信号电压输出到电路13的第一路径以及迂回电路13输出到像素10的第二路径。通过采用该结构，可以对像素供应没有升压的信号电压，可以切换为低功耗工作诸如显示亮度的抑制等。
＜像素电路＞
像素10除了图2所示的结构以外也可以采用图9A所示的结构。图9A所示的像素10具有使被输入的数据电压升压的功能。图9A所示的像素10包括晶体管116、晶体管117、电容器118及电路21，并与两个栅极线(布线125、布线126)以及两个源极线(布线127、布线128)电连接。布线125及布线126分别与不同电路13电连接。
晶体管116的栅极与布线126电连接，源极和漏极中的一个与布线127电连接，源极和漏极中的另一个与电容器118的一个电极及电路21电连接。晶体管117的栅极与布线125电连接，源极和漏极中的一个与布线128电连接，源极和漏极中的另一个与电容器118的另一个电极电连接。
晶体管116由供应到布线126的信号控制，晶体管117由供应到布线125的信号控制。
图9A所示的像素10在对电路21所包括的显示器件供应高电压时很有效。以下说明该像素10的升压功能。注意，在图9A所示的像素10中，将使晶体管116的源极和漏极中的另一个、电容器118的一个电极及电路21连接的布线设为节点NM。
首先，节点NM通过晶体管116被供应布线127的电位“D1”，在与该时序重叠的时序，电容器118的另一个电极通过晶体管117从布线128被供应基准电位“Vref”。此时，电容器118保持“D1-Vref”。接着，使节点NM浮动，电容器118的另一个电极通过晶体管117被供应布线128的电位“D2”。这里，电位“D2”为加算电位。
此时，在将电容器118的电容值设为C118且将节点NM的电容值设为CNM时，节点NM的电位成为D1+(C118/(C118+CNM))×(D2-Vref))。这里，假设C118的值与CNM的值相比充分大时，C118/(C118+CNM)近似于1。因此，节点NM的电位可以说近似于“D1+(D2-Vref))”。并且，在D1＝D2且Vref＝0时，成为“D1+(D2-Vref))”＝“2D1”。
也就是说，通过适当地设计电路，可以将能够从布线125或布线126输入的电位的约2倍的电位供应给节点NM。
通过该作用，可以将高电压供应给显示器件。因此，即使使用通用驱动IC，可以使阈值电压高的显示器件工作。或者，可以抑制驱动IC的功耗。
此外，像素10也可以具有图9B所示的结构。图9B所示的像素10与图9A所示的像素10的不同之处在于包括晶体管119。晶体管119的栅极与布线126电连接，源极和漏极中的一个与晶体管117的源极和漏极中的另一个及电容器118的另一个电极电连接，源极和漏极中的另一个与布线128电连接。另外，晶体管117的源极和漏极中的一个与布线127连接。
在图9A所示的像素10中，如上所述进行通过晶体管117将基准电位以及加算电位供应给电容器118的另一个电极的工作。此时，由于需要布线125、126的两个布线以及布线128需要交替改写基准电位及加算电位，所以有时高速工作及功耗上有问题。
在图9B所示的像素10中，虽然增加晶体管119，但是晶体管119的栅极可以与布线126连接，所以布线数不增加。此外，布线128可以为被供应基准电位的专用布线，不需要用一个布线交替改写基准电位及加算电位，因此可以说适合于高速工作及低功耗。另外，由于作为布线128可以使用与电路21连接的低电位线等，所以实质上可以减少布线数。
注意，在图9A、图9B中，作为“Vref”也可以使用“D1”的反转电位“D1B”。此时，可以将能够从布线125或布线126输入的电位的约3倍的电位供应给节点NM。注意，反转电位是指与某个基准电位的差异的绝对值相同(或大致相同)且与原来的电位不同的电位。在将原来的电位设为“D1”，将反转电位设为“D1B”，将基准电位设为Vref时，满足Vref＝(D1+D1B)/2的关系即可。
<电路21>
图10A至图10D是可用于电路21的作为显示器件包括液晶器件的结构实例。
图10A所示的结构包括电容器141及液晶器件142。液晶器件142的一个电极与电容器141的一个电极电连接。电容器141的一个电极与节点NM电连接。
电容器141的另一个电极与布线151电连接。液晶器件142的另一个电极与布线152电连接。布线151、152具有供应电源的功能。例如，布线151、152可以供应GND及0V等的基准电位或任意电位。
注意，如图10B所示，可以采用省略了电容器141的结构。如上所述，作为与节点NM连接的晶体管可以使用OS晶体管。由于OS晶体管的泄漏电流极小，所以即便省略被用作存储电容器的电容器141也可以长时间维持显示。此外，不限制晶体管的结构，在利用场序制驱动等高速工作缩短显示期间的情况下，省略电容器141也是有效的。通过省略电容器141可以提高开口率。另外，可以提高像素的透过率。
在图10A和图10B的结构中，当节点NM的电位为液晶器件142的工作阈值以上时，开始液晶器件142的工作。因此，有时在确定节点NM的电位之前开始显示工作。注意，在是透过性液晶显示装置的情况下，通过还采用到确定节点NM的电位为止使背灯关闭等工作，可以抑制不需要的显示工作被看到。
图10C是对图10A的结构附加晶体管143的结构。晶体管143的源极和漏极中的一个与电容器141的一个电极电连接。晶体管143的源极和漏极中的另一个与节点NM电连接。
在该结构中，在晶体管143导通的同时液晶器件142被施加节点NM的电位。因此，能够在确定节点NM的电位之后的任意时序开始液晶器件142的工作。
图10D是对图10C的结构附加晶体管144的结构。晶体管144的源极和漏极中的一个与液晶器件142的一个电极电连接。晶体管144的源极和漏极中的另一个与布线153电连接。
与布线153电连接的电路170可以具有对供应到电容器141及液晶器件142的电位进行复位的功能。
图11A至图11D是可用于电路21的作为显示器件包括发光器件的结构实例。
图11A所示的结构包括晶体管145、电容器146及发光器件147。晶体管145的源极和漏极中的一个与发光器件147的一个电极电连接。发光器件147的一个电极与电容器146的一个电极电连接。电容器146的另一个电极与晶体管145的栅极电连接。晶体管145的栅极与节点NM电连接。
晶体管145的源极和漏极中的另一个与布线154电连接。发光器件147的另一个电极与布线155电连接。布线154、155具有供应电源的功能。例如，布线154能够供应高电位电源。此外，布线155能够供应低电位电源。
在图11A所示的结构中，在节点NM的电位成为晶体管145的阈值电压以上时，在发光器件147中电流流过。
另外，如图11B所示，发光器件147的一个电极可以与布线154电连接，发光器件147的另一个电极可以与晶体管145的源极和漏极中的另一个电连接。该结构也可以用于具有发光器件147的其他电路21。
图11C是对图15A的结构附加晶体管148的结构。晶体管148的源极和漏极中的一个与晶体管145的源极和漏极中的一个电连接。晶体管148的源极和漏极中的另一个与发光器件147电连接。
在该结构中，节点NM的电位为晶体管145的阈值电压以上，当晶体管148导通时，电流流过发光器件147。因此，能够在确定节点NM的电位之后的任意时序开始发光器件147的发光。
图11D是对图11A的结构附加晶体管149的结构。晶体管149的源极和漏极中的一个与晶体管145的源极和漏极中的一个电连接。晶体管149的源极和漏极中的另一个与布线156电连接。
布线156可以与基准电位等特定电位的供应源电连接。通过从布线156对晶体管145的源极和漏极中的一个供应特定电位，可以使图像数据的写入稳定化。此外，可以控制发光器件147的发光时序。
此外，布线156可以与电路171连接，并可以具有监控线的功能。电路171可以具有供应上述特定电位的供应源的功能、取得晶体管145的电特性的功能及生成校正数据的功能中的一个以上。
<晶体管的变形例子>
此外，如图12A所示，在本发明的一个方式的电路中，可以使用设置有背栅极的晶体管。图12A示出背栅极与前栅极电连接的结构，该结构具有提高通态电流的效果。此外，可以具有背栅极与能够供应恒电位的布线电连接的结构。通过采用该结构，可以控制晶体管的阈值电压。注意，在电路21所包括的晶体管中也可以设置背栅极。
＜模拟结果＞
接着，说明关于像素的工作的模拟结果。图13示出用于模拟的像素10的结构。在模拟中，使用图6A所示的电路结构且以图6B所示的时序图的工作为对象。
用于模拟的参数如下。晶体管尺寸为L/W＝3μm/1600μm(晶体管Tr1、Tr2)，电容器C1的电容值为149pF，与节点A连接的负载的电容值及电阻假设对角线9英寸左右的垂直面板分别为149pF、1.9kΩ。输入到电路13的电源电压为GVDD＝+11V、GVSS＝-21V。此外，来自栅极驱动器的输入电压(GOUT)作为“L”设定-21V且作为“H”设定+11V。注意，电路模拟软件使用SPICE。
图14是模拟结果，横轴表示时间(μ秒)，纵轴表示像素10的节点A的电压(V)。注意，GOUT[i-1]为输入到晶体管Tr1的栅极的信号电压，GOUT[i]为输入到电容器C1的信号电压，GOUT[i+1]为输入到晶体管Tr2的栅极的信号电压。
如图14所示，确认到节点A的电位从被输入GVSS的初始状态的-21V在输入GOUT[i-1]时上升至约8.4V，在输入GOUT[i]时上升至约27.6V，在输入GOUT[i+1]时回到21V。在以初始状态为基准时，可确认到GOUT[i]的输入时的输出电压可以上升至GOUT[i-1]的输入时的输出电压的约1.65倍。通过进一步进行适当的设计，可以进一步提高升压特性。
根据以上的模拟结果可确认本发明的一个方式的效果。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式2)
本实施方式对使用液晶器件的显示装置的结构例子及使用发光器件的显示装置的结构例子进行说明。注意，在本实施方式中省略实施方式1已说明的显示装置的构成要素、工作及功能。
在本实施方式所说明的显示装置中可以使用实施方式1所说明的像素。注意，在下面说明的扫描线驱动电路相当于栅极驱动器，而信号线驱动电路相当于源极驱动器。
图15A至图15C示出能够使用本发明的一个方式的显示装置的结构。
在图15A中，以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215的方式设置密封剂4005，显示部215被密封剂4005及第二衬底4006密封。
在图15A中，扫描线驱动电路221a、信号线驱动电路231a、信号线驱动电路232a及共通线驱动电路241a都包括设置在印刷电路板4041上的多个集成电路4042。集成电路4042由单晶半导体或多晶半导体形成。共通线驱动电路241a具有对实施方式1所示的布线151、152、154、155等供应规定电位的功能。
通过FPC(Flexible printed circuit：柔性印刷电路)4018向扫描线驱动电路221a、共通线驱动电路241a、信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a供应各种信号及电位。
包括于扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a中的集成电路4042具有对显示部215供应选择信号的功能。包括于信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a中的集成电路4042具有对显示部215供应图像数据的功能。集成电路4042被安装在与由第一衬底4001上的密封剂4005围绕的区域不同的区域中。
注意，对集成电路4042的连接方法没有特别的限制，可以使用引线键合法、COF(Chip On Film)法、COG(Chip On Glass)法以及TCP(Tape Carrier Package)法等。
图15B示出利用COG法安装包含于信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a中的集成电路4042的例子。另外，通过将驱动电路的一部分或整体形成在形成有显示部215的衬底上，可以形成系统整合型面板(system-on-panel)。
图15B示出将扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a形成在形成有显示部215的衬底上的例子。通过同时形成驱动电路与显示部215内的像素电路，可以减少构件数。由此，可以提高生产率。
另外，在图15B中，以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215、扫描线驱动电路221a以及共通线驱动电路241a的方式设置密封剂4005。显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a上设置有第二衬底4006。由此，显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a通过第一衬底4001、密封剂4005及第二衬底4006与显示器件密封在一起。
虽然图15B中示出另行形成信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a并将其安装至第一衬底4001的例子，但是本发明的一个方式不局限于该结构，也可以另行形成扫描线驱动电路并进行安装，或者另行形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分并进行安装。另外，如图15C所示也可以将信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a形成在形成有显示部215的衬底上。
此外，显示装置有时包括显示器件为密封状态的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。
设置于第一衬底上的显示部及扫描线驱动电路包括多个晶体管。作为该晶体管，可以适用实施方式1所示的Si晶体管或OS晶体管。
外围驱动电路所包括的晶体管及显示部的像素电路所包括的晶体管的结构既可以具有相同的结构又可以具有不同的结构。外围驱动电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构，又可以组合两种以上的结构。同样地，像素电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构，又可以组合两种以上的结构。
另外，可以在第二衬底4006上设置输入装置4200。图15A至图15C所示的对显示装置设置输入装置4200的结构能够用作触摸屏。
对本发明的一个方式的触摸屏所包括的感测器件(也称为传感元件)没有特别的限制。还可以将能够检测出手指、触屏笔等检测对象的接近或接触的各种传感器用作感测器件。
例如，作为传感器的方式，可以利用静电电容式、电阻膜式、表面声波式、红外线式、光学式、压敏式等各种方式。
在本实施方式中，以包括静电电容式的感测器件的触摸屏为例进行说明。
作为静电电容式，有表面型静电电容式、投影型静电电容式等。另外，作为投影型静电电容式，有自电容式、互电容式等。优选使用互电容式，因为可以同时进行多点感测。
本发明的一个方式的触摸屏可以采用贴合了分别制造的显示装置和感测元件的结构、在支撑显示元件的衬底和对置衬底中的一方或双方设置有构成感测元件的电极等的结构等各种各样的结构。
图16A和图16B示出触摸屏的一个例子。图16A是触摸屏4210的立体图。图16B是输入装置4200的立体示意图。注意，为了明确起见，只示出典型的构成要素。
触摸屏4210具有贴合了分别制造的显示装置与感测器件的结构。
触摸屏4210包括重叠设置的输入装置4200和显示装置。
输入装置4200包括衬底4263、电极4227、电极4228、多个布线4237、多个布线4238及多个布线4239。例如，电极4227可以与布线4237或布线4239电连接。另外，电极4228可以与布线4239电连接。FPC4272b可以与多个布线4237及多个布线4238分别电连接。FPC4272b可以设置有IC4273b。
显示装置的第一衬底4001与第二衬底4006之间可以设置触摸传感器。当在第一衬底4001与第二衬底4006之间设置触摸传感器时，除了静电电容式触摸传感器之外还可以使用利用光电转换元件的光学式触摸传感器。
图17A及图17B是沿着图15B中的点划线N1-N2的截面图。图17A及图17B所示的显示装置包括电极4015，该电极4015与FPC4018的端子通过各向异性导电层4019电连接。另外，在图17A及图17B中，电极4015在形成于绝缘层4112、绝缘层4111及绝缘层4110的开口中与布线4014电连接。
电极4015与第一电极层4030使用同一导电层形成，布线4014与晶体管4010及晶体管4011的源电极及漏电极使用同一导电层形成。
另外，设置在第一衬底4001上的显示部215和扫描线驱动电路221a包括多个晶体管。在图17A及图17B中，示出显示部215中的晶体管4010及扫描线驱动电路221a中的晶体管4011。虽然图17A及图17B中作为晶体管4010及晶体管4011示出底栅型晶体管，但是也可以使用顶栅型晶体管。
在图17A及图17B中，在晶体管4010及晶体管4011上设置有绝缘层4112。另外，在图17B中，绝缘层4112上形成有分隔壁4510。
另外，晶体管4010及晶体管4011设置在绝缘层4102上。另外，晶体管4010及晶体管4011包括形成在绝缘层4111上的电极4017。电极4017可以用作背栅电极。
图17A、图17B所示的显示装置包括电容器4020。图17A、图17B示出电容器4020包括通过与晶体管4010的栅电极相同的工序形成的电极4021、绝缘层4103、在与源电极及漏电极相同的工序中形成的电极的例子。电容器4020的结构不局限于此，也可以由其他导电层及绝缘层形成。
设置在显示部215中的晶体管4010与显示器件电连接。图17A是作为显示器件使用液晶器件的液晶显示装置的一个例子。在图17A中，作为显示器件的液晶器件4013包括第一电极层4030、第二电极层4031以及液晶层4008。注意，以夹持液晶层4008的方式设置有被用作取向膜的绝缘层4032及绝缘层4033。第二电极层4031设置在第二衬底4006一侧，第一电极层4030与第二电极层4031隔着液晶层4008重叠。
作为液晶器件4013，可采用使用各种模式的液晶器件。例如，可以使用采用VA(Vertical Alignment：垂直取向)模式、TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面切换)模式、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell：轴对称排列微单元)模式、OCB(Optically Compensated Bend：光学补偿弯曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：铁电性液晶)模式、AFLC(AntiFerroelectric LiquidCrystal：反铁电液晶)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence：电控双折射)模式、VA-IPS(Vertical Alignment In-Plane-Switching：垂直取向平面切换)模式、宾主模式等的液晶器件。
另外，也可以对本实施方式所示的液晶显示装置使用常黑型液晶显示装置，例如采用垂直取向(VA)模式的透过型液晶显示装置。作为垂直取向模式，可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多象限垂直取向)模式、PVA(Patterned VerticalAlignment：垂直取向构型)模式、ASV(Advanced Super View：高级超视觉)模式等。
液晶器件是利用液晶的光学调制作用来控制光的透过或非透过的器件。液晶的光学调制作用由施加到液晶的电场(水平电场、垂直电场或倾斜方向电场)控制。作为用于液晶器件的液晶可以使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal：聚合物分散液晶)、铁电液晶、反铁电液晶等。这些液晶材料根据条件呈现出胆甾相、近晶相、立方相、手向列相、各向同性相等。
虽然图17A示出具有垂直电场方式的液晶器件的液晶显示装置的例子，但是也可以对本发明的一个方式应用具有水平电场方式的液晶器件的液晶显示装置。在采用水平电场方式的情况下，也可以使用不使用取向膜的呈现蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。因为蓝相只在窄的温度范围内出现，所以将其中混合了5wt％以上的手征试剂的液晶组合物用于液晶层4008，以扩大温度范围。由于包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物的响应速度快，并且其具有光学各向同性。此外，包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物不需要取向处理，并且视角依赖性小。另外，由于不需要设置取向膜而不需要摩擦处理，因此可以防止由于摩擦处理而引起的静电破坏，并可以降低制造工序中的液晶显示装置的不良、破损。
间隔物4035是通过对绝缘层选择性地进行蚀刻而得到的柱状间隔物，并且它是为控制第一电极层4030和第二电极层4031之间的间隔(单元间隙)而设置的。注意，还可以使用球状间隔物。
此外，根据需要，可以适当地设置黑矩阵(遮光层)、着色层(滤色片)、偏振构件、相位差构件、抗反射构件等的光学构件(光学衬底)等。例如，也可以使用利用偏振衬底以及相位差衬底的圆偏振。此外，作为光源，也可以使用背光或侧光等。作为上述背光或侧光，也可以使用Micro-LED等。
在图17A所示的显示装置中，在第二衬底4006和第二电极层4031之间设置有遮光层4132、着色层4131及绝缘层4133。
作为能够用于遮光层的材料，可以举出碳黑、钛黑、金属、金属氧化物或包含多个金属氧化物的固溶体的复合氧化物等。遮光层也可以为包含树脂材料的膜或包含金属等无机材料的薄膜。另外，也可以对遮光层使用包含着色层的材料的膜的叠层膜。例如，可以采用包含用于使某个颜色的光透过的着色层的材料的膜与包含用于使其他颜色的光透过的着色层的材料的膜的叠层结构。通过使着色层与遮光层的材料相同，除了可以使用相同的设备以外，还可以实现工序简化，因此是优选的。
作为能够用于着色层的材料，可以举出金属材料、树脂材料、包含颜料或染料的树脂材料等。遮光层及着色层例如可以利用喷墨法等形成。
另外，图17A及图17B所示的显示装置包括绝缘层4111及绝缘层4104。作为绝缘层4111及绝缘层4104，使用不易使杂质元素透过的绝缘层。通过由绝缘层4111和绝缘层4104夹持晶体管的半导体层，可以防止来自外部的杂质的混入。
作为包括在显示装置中的显示器件可以使用发光器件。作为发光器件，例如，可以使用利用电致发光的EL器件。EL器件在一对电极之间具有包含发光化合物的层(也称为EL层)。当使一对电极之间产生高于EL器件的阈值电压的电位差时，空穴从阳极一侧注入到EL层中，而电子从阴极一侧注入到EL层中。被注入的电子和空穴在EL层中重新结合，由此，包含在EL层中的发光化合物发光。
作为EL器件，例如可以使用有机EL器件或无机EL器件。注意，也可以在发光材料中使用包括化合物半导体的LED(包括微型LED)。
EL层除了发光化合物以外也可以还包括空穴注入性高的物质、空穴传输性高的物质、空穴阻挡材料、电子传输性高的物质、电子注入性高的物质或双极性的物质(电子传输性及空穴传输性高的物质)等。
EL层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。
无机EL器件根据其器件结构而分类为分散型无机EL器件和薄膜型无机EL器件。分散型无机EL器件包括发光层，其中发光材料的粒子分散在粘合剂中，并且其发光机理是利用供体能级和受主能级的供体-受主重新结合型发光。薄膜型无机EL器件是其中发光层夹在电介质层之间，并且该夹着发光层的电介质层夹在电极之间的结构，其发光机理是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局部型发光。注意，这里作为发光器件使用有机EL器件进行说明。
为了取出发光，使发光器件的一对电极中的至少一个为透明。在衬底上形成有晶体管及发光器件。作为发光器件可以采用从与该衬底相反一侧的表面取出发光的顶部发射结构；从衬底一侧的表面取出发光的底部发射结构；以及从两个表面取出发光的双面发射结构。
图17B是作为显示器件使用发光器件的发光显示装置(也称为“EL显示装置”)的一个例子。被用作显示器件的发光器件4513与设置在显示部215中的晶体管4010电连接。虽然发光器件4513具有第一电极层4030、发光层4511及第二电极层4031的叠层结构，但是不局限于该结构。根据从发光器件4513取出光的方向等，可以适当地改变发光器件4513的结构。
分隔壁4510使用有机绝缘材料或无机绝缘材料形成。尤其优选使用感光树脂材料，在第一电极层4030上形成开口部，并且将该开口部的侧面形成为具有连续曲率的倾斜面。
发光层4511可以使用一个层构成，也可以使用多个层的叠层构成。
发光器件4513的发光颜色可以根据构成发光层4511的材料为白色、红色、绿色、蓝色、青色、品红色或黄色等。
作为实现彩色显示的方法，有如下方法：组合发光颜色为白色的发光器件4513和着色层的方法；以及在每个像素设置发光颜色不同的发光器件4513的方法。前者的方法的生产率比后者的方法高。另一方面，在后者的方法中，需要根据每个像素形成发光层4511，所以其生产率比前者的方法低。但是，在后者的方法中，可以得到其色纯度比前者的方法高的发光颜色。通过在后者的方法中使发光器件4513具有微腔结构，可以进一步提高色纯度。
发光层4511也可以包含量子点等无机化合物。例如，通过将量子点用于发光层，也可以将其用作发光材料。
为了防止氧、氢、水分、二氧化碳等侵入发光器件4513，也可以在第二电极层4031及分隔壁4510上形成保护层。作为保护层，可以形成氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧氮化铝、氮氧化铝、DLC(Diamond Like Carbon)等。此外，在由第一衬底4001、第二衬底4006以及密封剂4005密封的空间中设置有填充剂4514并被密封。如此，为了不暴露于外部气体，优选使用气密性高且脱气少的保护薄膜(粘合薄膜、紫外线固化树脂薄膜等)、覆盖材料进行封装(封入)。
作为填充剂4514，除了氮或氩等惰性气体以外，也可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂，例如可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸类树脂、聚酰亚胺、环氧类树脂、硅酮类树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。填充剂4514也可以包含干燥剂。
作为密封剂4005，可以使用玻璃粉等玻璃材料或者两液混合型树脂等在常温下固化的固化树脂、光固化树脂、热固化树脂等树脂材料。密封剂4005也可以包含干燥剂。
另外，根据需要，也可以在发光器件的光射出面上适当地设置诸如偏振片或者圆偏振片(包括椭圆偏振片)、相位差板(λ/4板、λ/2板)、滤色片等的光学薄膜。此外，也可以在偏振片或者圆偏振片上设置抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，该处理是通过利用表面的凹凸扩散反射光来降低反射眩光的处理。
通过使发光器件具有微腔结构，能够提取色纯度高的光。另外，通过组合微腔结构和滤色片，可以防止反射眩光，而可以提高图像的可见度。
关于对显示器件施加电压的第一电极层及第二电极层(也称为像素电极层、公共电极层、对置电极层等)，根据取出光的方向、设置电极层的地方以及电极层的图案结构而选择其透光性、反射性，即可。
作为第一电极层4030及第二电极层4031，可以使用包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的氧化铟、铟锡氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等具有透光性的导电材料。
此外，第一电极层4030及第二电极层4031可以使用钨(W)、钼(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)等金属、其合金和其金属氮化物中的一种以上形成。
此外，第一电极层4030及第二电极层4031可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合体)的导电组成物形成。作为导电高分子，可以使用所谓的π电子共轭导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由苯胺、吡咯及噻吩中的两种以上构成的共聚物或其衍生物等。
此外，由于晶体管容易因静电等而损坏，所以优选设置用来保护驱动电路的保护电路。保护电路优选使用非线性器件构成。
注意，如图18所示那样，也可以采用晶体管及电容器在高度方向上包括重叠区域的叠层结构。例如，通过以重叠构成驱动电路的晶体管4011及晶体管4022的方式配置，可以实现窄边框的显示装置。此外，通过构成像素电路的晶体管4010、晶体管4023、电容器4020等以部分地包括重叠区域的方式配置，可以提高开口率及分辨率。此外，在图18中示出对图17A所示的液晶显示装置应用叠层结构的例子，但是也可以应用于图17B所示的EL显示装置。
此外，在像素电路中，作为电极及布线使用对可见光具有高透光性的透光导电膜，可以提高像素中的光透过率，因此可以实质上提高开口率。此外，由于在使用OS晶体管时半导体层也具有透光性，所以进一步提高开口率。这在晶体管等不采用叠层结构时也有效。
此外，也可以组合液晶显示装置及发光装置构成显示装置。
发光装置配置在显示面的相反一侧或者显示面的端部。发光装置具有对显示器件供应光的功能。发光装置被称为背光。
这里，发光装置可以包括板状或薄膜状的导光部(也称为导光板)、呈现不同颜色的光的多个发光器件。通过将该发光器件配置在导光部的侧面附近，可以将光从导光部侧面发射内部。导光部包括改变光路的机构(也称为光提取机构)，由此，发光装置可以对显示面板的像素部均匀地照射光。或者，也可以采用在像素正下配置发光装置而不设置导光部的结构。
发光装置优选包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三种颜色的发光器件。再者，也可以包括白色(W)的发光器件。作为这些发光器件优选使用发光二极管(LED：Light EmittingDiode)。
再者，发光器件优选的是其发射光谱的半峰全宽(FWHM：Full Width at HalfMaximum)为50nm以下，优选为40nm以下，更优选为30nm以下，进一步优选为20nm以下的色纯度极高的发光器件。注意，发射光谱的半峰全宽越小越好，例如可以为1nm以上。由此，在进行彩色显示时，可以进行颜色再现性较高的鲜艳的显示。
此外，红色的发光器件优选使用发射光谱的峰值波长位于625nm以上且650nm以下的范围内的元件。此外，绿色的发光器件优选使用发射光谱的峰值波长位于515nm以上且540nm以下的范围内的元件。蓝色的发光器件优选使用发射光谱的峰值波长位于445nm以上且470nm以下的范围内的元件。
显示装置在依次使三种颜色的发光器件闪亮的同时，与此同步地驱动像素，通过继时加法混色法进行彩色显示。该驱动方法也可以被称为场序制驱动。
场序制驱动可以显示鲜艳的彩色图像。此外，可以显示流畅的动态图像。此外，通过使用上述驱动方法，由于不需要由多个不同颜色的子像素构成一个像素，可以扩大一个像素的有效反射面积(也称为有效显示面积、开口率)，可以进行明亮的显示。再者，由于不需要在像素中设置滤色片，因此可以提高像素的透过率，可以进行更明亮的显示。此外，可以使制造工序简化，由此可以降低制造成本。
图19A、图19B是能够进行场序制驱动的显示装置的截面示意图的一个例子。在该显示装置的第一衬底4001一侧设置能够发射RGB各颜色的光的背光单元。注意，在场序制驱动中，由于以RGB各颜色的时间分割发光显示颜色，因此不需要滤色片。
图19A所示的背光单元4340a具有在像素正下隔着扩散板4352设置多个发光器件4342的结构。扩散板4352具有使从发光器件4342射出到第一衬底4001一侧的光扩散而使显示部面内的亮度均匀的功能。在发光器件4342与扩散板4352之间也可以根据需要设置偏振片。此外，若不需要也可以不设置扩散板4352。另外，也可以省略遮光层4132。
背光单元4340a由于可以安装较多的发光器件4342，所以可以实现明亮的显示。此外，不需要导光板，有不容易损失发光器件4342的光的效率的优点。注意，根据需要也可以在发光器件4342中设置光扩散用的透镜4344。
图19B所示的背光单元4340b具有在像素正下隔着扩散板4352设置导光板4341的结构。在导光板4341的端部设置多个发光器件4342。导光板4341通过在与扩散板4352相反一侧具有凹凸形状，可以将导波的光用该凹凸形状散射而向扩散板4352的方向射出。
发光器件4342可以固定于印刷电路板4347。注意，在图19B中示出RGB各颜色的发光器件4342彼此重叠，也可以在纵深方向上RGB各颜色的发光器件4342排列。此外，在导光板4341上与发光器件4342相反一侧的侧面设置反射可见光的反射层4348。
背光单元4340b由于可以减少发光器件4342，因此可以实现低成本且薄型的背光单元。
作为液晶器件也可以使用光散射型液晶器件。作为光散射型液晶器件优选使用包含液晶及高分子的复合材料的元件。例如，可以使用高分子分散型液晶器件。或者，也可以使用高分子网络型液晶(PNLC(Polymer Network Liquid Crystal))元件。
光散射型液晶器件具有夹在一对电极之间的树脂部的三维网络结构中设置有液晶部的结构。作为用于液晶部的材料，例如可以使用向列液晶。此外，作为树脂部可以使用光固化树脂。光固化树脂例如可以使用诸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等单官能团单体；二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、三甲基丙烯酸酯等多官能团单体；或者混合上述物质的聚合性化合物。
光散射型液晶器件利用液晶材料的折射率的各向异性，通过使光透过或散射进行显示。此外，树脂部也可以具有折射率的各向异性。在根据施加到光散射型液晶器件的电压液晶分子在一定方向上排列时，产生液晶部及树脂部的折射率的差异变小的方向，沿着该方向入射的光透过而不在液晶部散射。因此，光散射型液晶器件从该方向被看为透明状态。另一方面，在根据被施加的电压液晶分子无规排列时，液晶部及树脂部的折射率的差异没有很大的变化，因此入射光被液晶部散射。因此，光散射型液晶器件不管观看方向如何成为不透明状态。
图20A是将图19A的显示装置的液晶器件4013置换成光散射型液晶器件4016的结构。光散射型液晶器件4016包括具有液晶部及树脂部的复合层4009、第一电极层4030以及第二电极层4031。关于场序制驱动的构成要素与图19A相同，在使用光散射型液晶器件4016时，不需要取向膜及偏振片。注意，间隔物4035的形状为球状，但是也可以为柱状。
图20B示出将图19B的显示装置的液晶器件4013置换成光散射型液晶器件4016的结构。图19B所示的结构优选为在不对光散射型液晶器件4016施加电压时透过光而在施加电压时散射光的模式工作的结构。通过采用该结构，可以在正常状态(非显示状态)下成为透明显示装置。此时，可以在散射光的工作时进行彩色显示。
图21A至图21E示出图20B所示的显示装置的变形例子。注意，在图21A至图21E中，为了容易理解，示出图20B的一部分的构成要素而省略其他构成要素。
图21A示出第一衬底4001被用作导光板的结构。在第一衬底4001的外侧的面也可以设置凹凸形状。在该结构中不需要另行设置导光板，因此可以降低制造成本。此外，由于不产生因该导光板导致的光衰减，所以可以高效地利用发光器件4342所发射的光。
图21B示出从复合层4009的端部附近入射光的结构。通过利用复合层4009与第二衬底4006的界面以及复合层4009与第一衬底4001的界面的全反射，可以将光从光散射型液晶器件射出到外部。作为复合层4009的树脂部使用其折射率比第一衬底4001及第二衬底4006大的材料。
注意，发光器件4342不仅设置在显示装置的一边，而且如图21C所示也可以设置在对置的两边。再者，也可以设置在三边或四边。通过将发光器件4342设置在多个边，可以补充光衰减，也可以对应于大面积的显示器件。
图21D示出从发光器件4342发射的光经过镜子4345引导显示装置的结构。通过该结构，由于可以容易对显示装置从一定角度进行导光，因此可以高效地得到全反射光。
图21E示出复合层4009上层叠层4003及层4004的结构。层4003和层4004中的一个为玻璃衬底等支撑体，另一个可以由无机膜、有机树脂的覆盖膜或薄膜等形成。作为复合层4009的树脂部使用其折射率比层4004大的材料。此外，作为层4004使用其折射率比层4003大的材料。
在复合层4009与层4004之间形成第一个界面，在层4004与层4003之间形成第二个界面。通过该结构，不在第一个界面全反射而经过的光在第二个界面全反射，可以回到复合层4009。因此，可以高效地利用发光器件4342所发射的光。
注意，图20B及图21A至图21E的结构可以彼此组合。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式3)
在本实施方式中，参照附图说明可以代替上述实施方式所示的各晶体管而使用的晶体管的一个例子。
本发明的一个方式的显示装置可以使用底栅型晶体管或顶栅型晶体管等各种形态的晶体管来制造。因此，可以很容易地对应于现有的生产线更换所使用的半导体层材料或晶体管结构。
[底栅型晶体管]
图22A1示出底栅型晶体管之一的沟道保护型晶体管810的沟道长度方向的截面图。在图22A1中，晶体管810形成在衬底771上。另外，晶体管810在衬底771上隔着绝缘层772包括电极746。另外，在电极746上隔着绝缘层726包括半导体层742。电极746可以被用作栅电极。绝缘层726可以被用作栅极绝缘层。
另外，在半导体层742的沟道形成区域上包括绝缘层741。此外，在绝缘层726上以与半导体层742的一部分接触的方式包括电极744a及电极744b。电极744a可以被用作源电极和漏电极中的一个。电极744b可以被用作源电极和漏电极中的另一个。电极744a的一部分及电极744b的一部分形成在绝缘层741上。
绝缘层741可以被用作沟道保护层。通过在沟道形成区域上设置绝缘层741，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742露出。由此，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742的沟道形成区域被蚀刻。根据本发明的一个方式，可以实现电特性良好的晶体管。
另外，晶体管810在电极744a、电极744b及绝缘层741上包括绝缘层728，在绝缘层728上包括绝缘层729。
当将氧化物半导体用于半导体层742时，优选将能够从半导体层742的一部分中夺取氧而产生氧缺陷的材料用于电极744a及电极744b的至少与半导体层742接触的部分。半导体层742中的产生氧缺陷的区域的载流子浓度增加，该区域n型化而成为n型区域(n+区域)。因此，该区域能够被用作源区域或漏区域。当将氧化物半导体用于半导体层742时，作为能够从半导体层742中夺取氧而产生氧缺陷的材料的一个例子，可以举出钨、钛等。
通过在半导体层742中形成源区域及漏区域，可以降低电极744a及电极744b与半导体层742的接触电阻。因此，可以使场效应迁移率及阈值电压等晶体管的电特性良好。
当将硅等半导体用于半导体层742时，优选在半导体层742与电极744a之间及半导体层742与电极744b之间设置被用作n型半导体或p型半导体的层。用作n型半导体或p型半导体的层可以被用作晶体管的源区域或漏区域。
绝缘层729优选使用具有防止杂质从外部扩散到晶体管中或者降低杂质的扩散的功能的材料形成。此外，根据需要也可以省略绝缘层729。
图22A2所示的晶体管811的与晶体管810不同之处在于：在绝缘层729上包括可用作背栅电极的电极723。电极723可以使用与电极746同样的材料及方法形成。
一般而言，背栅电极使用导电层来形成，并以半导体层的沟道形成区域被栅电极与背栅电极夹持的方式设置。因此，背栅电极可以具有与栅电极同样的功能。背栅电极的电位可以与栅电极相等，也可以为接地电位(GND电位)或任意电位。另外，通过不跟栅电极联动而独立地改变背栅电极的电位，可以改变晶体管的阈值电压。
电极746及电极723都可以被用作栅电极。因此，绝缘层726、绝缘层728及绝缘层729都可以被用作栅极绝缘层。另外，也可以将电极723设置在绝缘层728与绝缘层729之间。
注意，当将电极746和电极723中的一个称为“栅电极”时，将另一个称为“背栅电极”。例如，在晶体管811中，当将电极723称为“栅电极”时，将电极746称为“背栅电极”。另外，当将电极723用作“栅电极”时，晶体管811是顶栅型晶体管之一种。此外，有时将电极746和电极723中的一个称为“第一栅电极”，有时将另一个称为“第二栅电极”。
通过隔着半导体层742设置电极746及电极723并将电极746及电极723的电位设定为相同，半导体层742中的载流子流过的区域在膜厚度方向上更加扩大，所以载流子的移动量增加。其结果是，晶体管811的通态电流增大，并且场效应迁移率也增高。
因此，晶体管811是相对于占有面积具有较大的通态电流的晶体管。也就是说，可以相对于所要求的通态电流缩小晶体管811的占有面积。根据本发明的一个方式，可以缩小晶体管的占有面积。因此，根据本发明的一个方式，可以实现集成度高的半导体装置。
另外，由于栅电极及背栅电极使用导电层形成，因此具有防止在晶体管的外部产生的电场影响到形成沟道的半导体层的功能(尤其是对静电等的电场遮蔽功能)。另外，当将背栅电极形成得比半导体层大以使用背栅电极覆盖半导体层时，能够提高电场遮蔽功能。
另外，通过使用具有遮光性的导电膜形成背栅电极，能够防止光从背栅电极一侧入射到半导体层。由此，能够防止半导体层的光劣化，并防止晶体管的阈值电压漂移等电特性劣化。
根据本发明的一个方式，可以实现可靠性良好的晶体管。另外，可以实现可靠性良好的半导体装置。
图22B1示出与图22A1不同的结构的沟道保护型晶体管820的沟道长度方向的截面图。晶体管820具有与晶体管810大致相同的结构，而不同之处在于：绝缘层741覆盖半导体层742的端部。在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的开口部中，半导体层742与电极744a电连接。另外，在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的其他开口部中，半导体层742与电极744b电连接。绝缘层741的与沟道形成区域重叠的区域可以被用作沟道保护层。
图22B2所示的晶体管821的与晶体管820不同之处在于：在绝缘层729上包括可以被用作背栅电极的电极723。
通过设置绝缘层741，可以防止在形成电极744a及电极744b时产生的半导体层742的露出。因此，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742被薄膜化。
另外，与晶体管810及晶体管811相比，晶体管820及晶体管821的电极744a与电极746之间的距离及电极744b与电极746之间的距离更长。因此，可以减少产生在电极744a与电极746之间的寄生电容。此外，可以减少产生在电极744b与电极746之间的寄生电容。根据本发明的一个方式，可以提供一种电特性良好的晶体管。
图22C1示出作为底栅型晶体管之一的沟道蚀刻型晶体管825的沟道长度方向的截面图。在晶体管825中，不使用绝缘层741形成电极744a及电极744b。因此，在形成电极744a及电极744b时露出的半导体层742的一部分有时被蚀刻。另一方面，由于不设置绝缘层741，可以提高晶体管的生产率。
图22C2所示的晶体管826的与晶体管825的不同之处在于：在绝缘层729上具有可以用作背栅电极的电极723。
图23A1至图23C2示出晶体管810、811、820、821、825、826的沟道宽度方向的截面图。
在图23B2和图23C2所示的结构中，栅电极和背栅电极彼此连接，由此栅电极和背栅电极的电位相同。此外，半导体层742被夹在栅电极和背栅电极之间。
在沟道宽度方向上，栅电极和背栅电极的长度比半导体层742大，并且半导体层742整体夹着绝缘层726、741、728、729被栅电极及背栅电极覆盖。
通过采用该结构，可以由栅电极及背栅电极的电场电围绕包括在晶体管中的半导体层742。
可以将如晶体管821或晶体管826那样的利用栅电极及背栅电极的电场电围绕形成沟道形成区域的半导体层742的晶体管的装置结构称为Surrounded channel(S-channel：围绕沟道)结构。
通过采用S-channel结构，可以利用栅电极和背栅电极中的一个或两个对半导体层742有效地施加用来引起沟道形成的电场。由此，晶体管的电流驱动能力得到提高，从而可以得到较高的通态电流特性。此外，由于可以增加通态电流，所以可以使晶体管微型化。此外，通过采用S-channel结构，可以提高晶体管的机械强度。
[顶栅型晶体管]
图24A1所例示的晶体管842是顶栅型晶体管之一。电极744a及电极744b在形成于绝缘层728及绝缘层729中的开口与半导体层742电连接。
另外，去除不与电极746重叠的绝缘层726的一部分，以电极746及剩余的绝缘层726为掩模将杂质引入到半导体层742，由此可以在半导体层742中以自对准(self-alignment)的方式形成杂质区域。晶体管842包括绝缘层726超过电极746的端部延伸的区域。半导体层742的通过绝缘层726被引入杂质的区域的杂质浓度低于不通过绝缘层726被引入杂质的区域。因此，在半导体层742的与绝缘层726重叠且不与电极746重叠的区域中形成LDD(Lightly Doped Drain：轻掺杂漏极)区域。
图24A2所示的晶体管843的与晶体管842不同之处在于：包括电极723。晶体管843包括形成在衬底771上的电极723。电极723包括隔着绝缘层772与半导体层742重叠的区域。电极723可以被用作背栅电极。
另外，如图24B1所示的晶体管844及图24B2所示的晶体管845那样，也可以完全去除不与电极746重叠的区域的绝缘层726。另外，如图24C1所示的晶体管846及图24C2所示的晶体管847那样，也可以不去除绝缘层726。
在晶体管842至晶体管847中，也可以在形成电极746之后以电极746为掩模而将杂质引入到半导体层742，由此在半导体层742中自对准地形成杂质区域。根据本发明的一个方式，可以实现电特性良好的晶体管。另外，根据本发明的一个方式，可以实现集成度高的半导体装置。
图25A1至图25C2示出晶体管842、843、844、845、846、847的沟道宽度方向的截面图。
晶体管843、晶体管845及晶体管847具有上述S-channel结构。但是，不局限于此，晶体管843、晶体管845及晶体管847也可以不具有S-channel结构。
本实施方式可以与其他实施方式等中记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式4)
作为能够使用本发明的一个方式的显示装置的电子设备，可以举出显示器件、个人计算机、具备记录媒体的图像存储装置及图像再现装置、移动电话、包括便携式游戏机的游戏机、便携式数据终端、电子书阅读器、拍摄装置诸如视频摄像机或数码相机等、护目镜型显示器(头戴式显示器)、导航系统、音频再现装置(汽车音响系统、数字音频播放器等)、复印机、传真机、打印机、多功能打印机、自动柜员机(ATM)以及自动售货机等。图26示出这些电子设备的具体例子。
图26A是数码相机，包括外壳961、快门按钮962、麦克风963、扬声器967、显示部965、操作键966、变焦钮968、透镜969等。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部965，可以进行各种图像的显示。
图26B是便携式数据终端，包括外壳911、显示部912、扬声器913、操作按钮914、照相机919等。通过利用显示部912的触摸屏功能可以输入或输出数据。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部912，可以进行各种图像的显示。
图26C是移动电话机，包括外壳951、显示部952、操作按钮953、外部连接端口954、扬声器955、麦克风956、照相机957等。该移动电话机在显示部952中包括触摸传感器。通过用手指或触屏笔等触摸显示部952可以进行打电话或输入文字等所有操作。另外，外壳901及显示部952具有柔性而可以如图示那样弯折地使用。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部952，可以进行各种图像的显示。
图26D是视频摄像机，包括第一外壳901、第二外壳902、显示部903、操作键904、透镜905、连接部906、扬声器907等。操作键904及透镜905设置在第一外壳901中，而显示部903设置在第二外壳902中。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部903，可以进行各种图像的显示。
图26E是电视机，包括外壳971、显示部973、操作按钮974、扬声器975、通信用连接端子976及光电传感器977等。显示部973设置有触摸传感器，可以进行输入操作。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部973，可以进行各种图像的显示。
图26F是数字标牌，包括大型显示部922。数字标牌例如在柱子921的侧面安装有大型显示部922。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部922，可以进行显示品质高的显示。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[符号说明]
10：像素、11：源极驱动器、12：栅极驱动器、13：电路、14：电路、15：电路、16：选择电路、17：选择电路、18：像素阵列、21：电路、25a：输出端子、25b：输出端子、25c：输出端子、101：晶体管、102：晶体管、103：晶体管、104：晶体管、105：晶体管、106：电容器、107：晶体管、108：电容器、109：晶体管、110：晶体管、111：电容器、112：晶体管、113：晶体管、114：电容器、115：电容器、116：晶体管、117：晶体管、118：电容器、119：晶体管、121：布线、122：布线、123：布线、124：布线、125：布线、126：布线、127：布线、128：布线、141：电容器、142：液晶器件、143：晶体管、144：晶体管、145：晶体管、146：电容器、147：发光器件、148：晶体管、149：晶体管、151：布线、152：布线、153：布线、154：布线、155：布线、156：布线、170：电路、171：电路、215：显示部、221a：扫描线驱动电路、231a：信号线驱动电路、232a：信号线驱动电路、241a：共通线驱动电路、723：电极、726：绝缘层、728：绝缘层、729：绝缘层、741：绝缘层、742：半导体层、744a：电极、744b：电极、746：电极、771：衬底、772：绝缘层、810：晶体管、811：晶体管、820：晶体管、821：晶体管、825：晶体管、826：晶体管、842：晶体管、843：晶体管、844：晶体管、845：晶体管、846：晶体管、847：晶体管、901：外壳、902：外壳、903：显示部、904：操作键、905：透镜、906：连接部、907：扬声器、911：外壳、912：显示部、913：扬声器、914：操作按钮、919：照相机、921：柱子、922：显示部、951：外壳、952：显示部、953：操作按钮、954：外部连接端口、955：扬声器、956：麦克风、957：照相机、961：外壳、962：快门按钮、963：麦克风、965：显示部、966：操作键、967：扬声器、968：变焦钮、969：透镜、971：外壳、973：显示部、974：操作按钮、975：扬声器、976：通信用连接端子、977：光传感器、4001：衬底、4003：层、4004：层、4005：密封剂、4006：衬底、4008：液晶层、4009：复合层、4010：晶体管、4011：晶体管、4013：液晶器件、4014：布线、4015：电极、4016：光散射型液晶器件、4017：电极、4018：FPC、4019：各向异性导电层、4020：电容器、4021：电极、4022：晶体管、4023：晶体管、4030：电极层、4031：电极层、4032：绝缘层、4033：绝缘层、4035：间隔物、4041：印刷电路板、4042：集成电路、4102：绝缘层、4103：绝缘层、4104：绝缘层、4110：绝缘层、4111：绝缘层、4112：绝缘层、4131：着色层、4132：遮光层、4133：绝缘层、4200：输入装置、4210：触摸屏、4227：电极、4228：电极、4237：布线、4238：布线、4239：布线、4263：衬底、4272b：FPC、4273b：IC、4340a：背光单元、4340b：背光单元、4341：导光板、4342：发光器件、4344：透镜、4345：镜子、4347：印刷电路板、4348：反射层、4352：扩散板、4510：分隔壁、4511：发光层、4513：发光器件、4514：填充材料
Claims (9)
1.一种显示装置，包括：
移位寄存器；
升压电路；以及
像素，
其中，所述移位寄存器包括第一输出端子、第二输出端子、第三输出端子，
所述升压电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电容器，
所述像素包括第五晶体管，
所述第一晶体管的源极和漏极中的一个与所述第一电容器的一个电极电连接，
所述第一电容器的一个电极与所述第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第三晶体管的源极和漏极中的一个与所述第五晶体管的栅极电连接，
所述第一电容器的另一个电极与所述第二晶体管的源极和漏极中的一个以及所述第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第一晶体管的栅极以及所述第四晶体管的栅极与所述第一输出端子电连接，
所述第二晶体管的栅极与所述第二输出端子电连接，
并且，所述第三晶体管的栅极与所述第三输出端子电连接。
2.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述移位寄存器按照所述第一输出端子、所述第二输出端子、所述第三输出端子的顺序依次输出信号电压。
3.根据权利要求1或2所述的显示装置，
其中所述升压电路还包括第六晶体管以及第二电容器，
所述第六晶体管的源极和漏极中的一个与所述第一输出端子电连接，
所述第六晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二电容器的一个电极以及所述第一晶体管的栅极电连接，
并且所述第二电容器的另一个电极与所述第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
4.根据权利要求1或2所述的显示装置，
其中所述升压电路还包括第七晶体管、第八晶体管、第三电容器，
所述第七晶体管的栅极与所述第三输出端子电连接，
所述第七晶体管的源极和漏极中的一个与所述第三电容器的一个电极、第三晶体管的栅极以及所述第八晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
并且所述第八晶体管的栅极与所述第一输出端子电连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示装置，
其中所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第四晶体管的源极和漏极中的另一个电连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的显示装置，
其中所述像素包括显示元件，
并且所述像素具有根据第一数据及第二数据生成第三数据的功能以及根据所述第三数据在所述显示元件上显示的功能。
7.根据权利要求6所述的显示装置，
其中所述显示元件为液晶器件。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的显示装置，
其中所述升压电路以及所述像素所包括的晶体管在沟道形成区域包含金属氧化物，所述金属氧化物包含In、Zn、M(M为Al、Ti、Ga、Ge、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
9.一种包括权利要求1至8中任一项所述的显示装置以及照相机的电子设备。
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